半田付け方法及び電子機器の製造方法
【課題】回路基板上に設けられた接合部に、半田、チップ部品の順に積層させた状態で半田付けする際に、チップ部品の回路基板に対する接合強度を高める。
【解決手段】半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部材２８として、溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有し、半導体素子１２より上方に位置する押さえ部３０を備えた規制部材２８を用いる。回路基板１１の接合部上に半田シート２７、半導体素子１２をその順に積層配置する。また、上側に配置された半導体素子１２の上方に所定の間隔を空けて押さえ部３０が位置するように規制部材２８を配置して、押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させた状態で半田を溶融させるとともに、半田溶融時における半導体素子１２の浮き上がりを押さえ部３０に半導体素子１２を当接させることで規制する。
【解決手段】半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部材２８として、溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有し、半導体素子１２より上方に位置する押さえ部３０を備えた規制部材２８を用いる。回路基板１１の接合部上に半田シート２７、半導体素子１２をその順に積層配置する。また、上側に配置された半導体素子１２の上方に所定の間隔を空けて押さえ部３０が位置するように規制部材２８を配置して、押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させた状態で半田を溶融させるとともに、半田溶融時における半導体素子１２の浮き上がりを押さえ部３０に半導体素子１２を当接させることで規制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法及び電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板上に半導体素子や電子部品を実装する場合、回路基板と半導体素子等とを半田を介して接合する方法が一般的である。ところが、回路基板上に半導体素子等を半田付けする場合には、半導体素子等と回路基板との間に介在する半田の溶融時に、半導体素子等が溶融した半田の表面張力でその位置がずれたり、半導体素子等の接合面全体に半田が拡がらずに接合されたりする場合がある。
【０００３】
従来、半田付けされる電子部品の傾斜や浮き上がり等の位置ずれを有効に防止する半田付け部品の浮き防止治具が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この浮き防止治具は、図６（ａ）に示すように、プリント基板６０上に載置されたリレー６１を跨いでプリント基板６０上に載置可能とすべく、リレー６１におけるプリント基板６０上の高さに対応する深さの電子部品収容凹部６２を有する部品押さえ治具６３から構成されている。部品押さえ治具６３はその自重により、プリント基板６０上の載置位置で保持される。電子部品収容凹部６２は、プリント基板６０の載置面側に向かって漸次拡開するテーパ状に形成されている。そして、フローソルダ等の半田付け装置によって噴流される半田上を通過させることにより、プリント基板６０側の回路と各リード６４との半田付けがなされる。電子部品収容凹部６２の底面６２ａとリレー６１の上面６１ａとの間には０．１ｍｍ程度のクリアランスを有する構造とされている。
【特許文献１】特開２００２−２６１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６（ｂ）に示すように、回路基板７０上へチップ部品７１（半田付けする部品）を半田付けする際には、回路基板７０、半田７２、チップ部品７１の順に積層させる。そして、回路基板７０とチップ部品７１との間に介在する半田７２を溶融させることで半田付けする。ところが、半田の種類や、半田を溶融させる際の条件によっては、図６（ｃ）に示すように、半田７２が溶融する際に濡れ広がらずチップ部品７１が持ち上げられる（図６（ｃ）で矢視する。）とともに、半田７２がチップ部品７１と接触する面積がチップ部品の面積より小さくなる場合がある。この場合、チップ部品７１は、濡れ広がっていない状態の半田７２を介して半田付けされることになる。
【０００５】
特許文献１では、半田付けされる電子部品の傾斜や浮き上がり等の位置ずれを有効に防止する目的で部品押さえ治具６３を使用する。しかし、特許文献１の電子部品はリード６４を備えたリード部品であり、半田付けも噴流される半田上をプリント基板６０を透過させて行う方法に関してのみ記載されている。また、特許文献１に記載された発明の目的は、プリント基板６０の搬送中の振動や衝撃を主原因とした電子部品の傾斜や浮き上がりの防止である。そのため、電子部品とプリント基板６０との間に、半田が介在することはない。即ち、基板、半田、電子部品の順に積層させ、その後、その積層状態で半田を溶融させて半田付けを行う場合に発生する前記問題に関しては何ら配慮されていない。
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回路基板上に設けられた接合部に、半田、チップ部品の順に積層させた状態で半田付けする際に、チップ部品の回路基板に対する接合強度を高めることができる半田付け方法及び電子機器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法であって、前記接合部の上に半田及びチップ部品をその順に積層配置した後、半田溶融時における前記チップ部品の浮き上がりを規制する規制部材を、前記チップ部品の上方に間隔を空けて配置し、その状態で前記半田を溶融させるとともに、半田溶融時に前記チップ部品の浮き上がりを前記規制部材で規制して半田付けすることを要旨とする。
【０００８】
この発明では、回路基板上に設けられた接合部上に半田を介してチップ部品が配置される。そして、規制部材がチップ部品の上方に位置するように配置された状態で半田が溶融される。溶融した半田は表面張力により球に近づく形状に成ろうとし、溶融した半田によってチップ部品が持ち上げられる。持ち上げられたチップ部品が、規制部材に当接すると、規制部材によってチップ部品の浮き上がりは規制される。したがって、チップ部品は、半田がチップ部品の接合面全面に接合した状態で、回路基板に接合されるため、チップ部品の回路基板に対する接合強度が高められる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記規制部材は、半田付け時に前記回路基板上に載置可能な足部と、前記足部に支持されるとともに、前記規制部材が前記回路基板上に載置された状態で、前記チップ部品の上方に隙間を有する状態で配置される規制部とを備え、かつ溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有するように構成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明では、規制部材を回路基板上に自立させた状態で押さえ部をチップ部品の上方に位置させることができる。したがって、回路基板に対して接合するチップ部品が同じであれば、回路基板に対する接合位置が変わっても、規制部材を変更後の接合位置に対応する位置で自立させれば規制部をチップ部品の上方に位置させることができる。このため、チップ部品の回路基板に対する接合位置の変更に容易に対応することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記足部は、前記規制部と別体に構成され、前記回路基板上に前記足部を載置した後、前記足部の内側に前記半田、前記チップ部品の順に積層し、その後、前記規制部を前記足部上に配置した状態で前記半田を溶融することを要旨とする。
【００１２】
足部と規制部とが一体である場合、足部を載置すると規制部によって回路基板における半田及びチップ部品の配置位置が覆われるため、半田及びチップ部品の配置を観察しながら規制部材と半田及びチップ部品との位置関係を調整するのが難しい。この発明では、先に足部だけを回路基板の接合部付近に載置し、その後、半田、チップ部品を配置することができる。したがって、半田、チップ部品を配置する際、足部を目安にすることで回路基板上の目的の位置に規制部材、半田、チップ部品を容易に配置することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記足部は前記チップ部品を前記回路基板に対して位置決め可能な位置決め部を有し、前記接合部上に前記チップ部品の接合面より大きな前記半田を配置した後、足部を前記回路基板上に載置し、その後、前記チップ部品を前記位置決め部によって位置決めされた状態で前記半田上に配置し、前記規制部を前記足部上に配置した後、前記半田を溶融することを要旨とする。
【００１４】
この発明では、回路基板上に半田を配置し、その後、チップ部品を配置する時には、位置決め部によって半田上の所定位置にチップ部品を位置決めすることができる。したがって、チップ部品を精度よく所望の位置に接合させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記半田は、前記チップ部品の接合面より大きいことを要旨とする。
半田の面積がチップ部品の接合面の面積以下の場合、チップ部品の浮き上がり量が小さく、半田付け終了後にフィレットが半田に形成されにくい。この発明では、溶融半田量が多いため、半田付け終了後の半田にフィレットが形成され易く、回路基板に対するチップ部品の接合強度を高めることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する電子機器の製造方法である。この発明では、電子機器の製造方法において、対応する前記各請求項に記載の発明の作用、効果を奏する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回路基板上に設けられた接合部に、半田、チップ部品の順に積層させた状態で半田付けする際に、チップ部品の回路基板に対する接合強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を電子機器の部品となる半導体モジュールの製造方法の一工程である半導体素子の半田付け方法に具体化した実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体モジュール１０は、回路基板１１と、回路基板１１上に半田付けにより接合されたチップ部品としての１個の半導体素子１２とを備えている。回路基板１１は、表面に金属回路１３を有する絶縁体としてのセラミック基板１４が金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して一体化された冷却回路基板（ヒートシンク付き基板）である。ヒートシンク１５は冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。
【００１９】
金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。半導体素子１２は、フィレットＦが形成された半田Ｈを介して金属回路１３に接合（半田付け）されている。即ち、金属回路１３は半導体素子１２を回路基板１１上に接合するための接合部を構成する。なお、図面の都合上、半導体モジュール１０の各部材の寸法比は、実際の半導体モジュールとは異なる寸法比で図示している。
【００２０】
次に半導体モジュールの製造方法を説明する。
図２（ａ）は、半田付け装置の構成を概略的に示している。図２（ａ）に示すように、半導体モジュール１０の製造に使用する半田付け装置ＨＫは、密閉可能な容器（チャンバ）１７を備え、当該容器１７は開口部１８ａを有する箱型の本体１８と、当該本体１８の開口部１８ａを開放及び閉鎖する蓋体１９とから構成されている。本体１８には、半導体モジュール１０を位置決めして支持する支持台２０が設置されている。また、本体１８には、蓋体１９の装着部位にパッキン２１が配設されている。
【００２１】
蓋体１９は、本体１８の開口部１８ａを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体１８に蓋体１９を装着することにより容器１７内には密閉空間Ｓが形成されるようになっている。
【００２２】
また、本体１８には、容器１７内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部２３が接続されている。還元ガス供給部２３は、配管２３ａと、当該配管２３ａの開閉バルブ２３ｂと、水素タンク２３ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部２４が接続されている。不活性ガス供給部２４は、配管２４ａと、当該配管２４ａの開閉バルブ２４ｂと、窒素タンク２４ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部２５が接続されている。ガス排出部２５は、配管２５ａと、当該配管２５ａの開閉バルブ２５ｂと、真空ポンプ２５ｃとを備えている。半田付け装置ＨＫは、還元ガス供給部２３、不活性ガス供給部２４及びガス排出部２５を備えることにより、密閉空間Ｓ内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間Ｓ内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。
【００２３】
また、本体１８には、半田付け後の容器１７内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための供給手段としての熱媒供給部（図示せず）が接続されている。
半田付け装置ＨＫの内部（密閉空間Ｓ）には、加熱手段としての電気ヒータ２６が設置されている。電気ヒータ２６は、図示しない電源供給装置と電気的に接続されるとともに、電源供給装置から電気が供給されると電気ヒータ２６が稼動するようになっている。
【００２４】
次に、半導体モジュール１０を製造する際に用いられる半田シート２７、半導体素子１２及び規制部材２８について説明する。
半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やダイオードが用いられている。図２（ａ）に示すように、半田シート２７は半導体素子１２の接合面１２ａ（下面）よりも大きいものが使用される。半田シート２７は、Ｓｎ（錫）−Ｃｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｐ（リン）系の鉛フリー半田からなる。
【００２５】
規制部材２８は、コ字状に形成されるとともに半導体素子１２の上部を覆うことが可能に構成されている。規制部材２８は、平面視矩形状であるとともに、半田シート２７が溶融した時に生じる表面張力よりも大きい重力が作用する重量を有している。この実施形態では、規制部材２８は、ステンレスからなっている。また、規制部材２８は、図２（ａ）の上下方向に延びる一対の足部２９と、一対の足部２９に跨るように形成された規制部としての押さえ部３０とを備えている。
【００２６】
一対の足部２９は、規制部材２８を回路基板１１に対して自立可能に構成する。足部２９は、その下面がそれぞれ金属回路１３に当接する接地面２９ａとして構成されるとともに、互いの長さが同じとなるように形成されている。足部２９の長さは、半田シート２７及び半導体素子１２が積層されている状態で、押さえ部３０が半導体素子１２と接触しない長さに設定されている。すなわち、足部２９の長さは、半田シート２７及び半導体素子１２を積層した状態において、半田シート２７の最下部（接合面）から半導体素子１２の最上部（上面１２ｂ）までの距離Ｔ１より長く設定されている。したがって、半導体素子１２の上面１２ｂと押さえ部３０との間には、所定の間隔Ｔ２が存在しており、この間隔Ｔ２は、距離Ｔ１の１０分の１以内に設定される。足部２９は、断面長方形状であるとともに、長辺の長さが半導体素子１２及び半田シート２７の一辺より長くなっている。一対の足部２９は、互いに対向するとともに、一対の足部２９の間に半田シート２７及び半導体素子１２が位置するように規制部材２８を回路基板１１上に載置できるように形成されている。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、押さえ部３０は、平板状に形成されるとともに、半田溶融時に浮き上がった半導体素子１２の上面１２ｂと当接可能な当接面３０ａを有する。当接面３０ａは、平滑面であるとともに、規制部材２８が回路基板１１上に載置された状態において半導体素子１２の上面１２ｂ（非接合面）と平行となる面に形成されている。そして、当接面３０ａは、半導体素子１２が浮き上がった場合に半導体素子１２の上面１２ｂ全体を押さえることができるように、その面積が半導体素子１２の上面１２ｂより大きく形成されている。
【００２８】
次に、前記半田付け装置ＨＫを用いて回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けを行う方法について説明する。なお、半田付け装置ＨＫを用いて半田付けを行うのに先立って、金属回路１３を有するセラミック基板１４をヒートシンク１５と一体化した回路基板１１を予め作製しておく。
【００２９】
半田付けを行う際には、最初に、本体１８から蓋体１９を外し、開口部１８ａを開放する。そして、図２（ａ）に示すように本体１８の支持台２０上に回路基板１１を置き位置決めする。次に、金属回路１３上に、半田シート２７、半導体素子１２を順番に載置する。この時、図２（ｂ）に示すように、半田シート２７と、半導体素子１２とを、各自の中央位置がセラミック基板１４の中央位置と一致するように配置する。次に規制部材２８を金属回路１３上に載置する。規制部材２８は、両足部２９の外縁の一部が金属回路１３の一辺と一致するように配置され、規制部材２８は、回路基板１１上で自立した状態となる。規制部材２８が回路基板１１上で自立している時、押さえ部３０は所定の間隔Ｔ２を空けて半導体素子１２より上方に位置する状態に保持される。この状態において、セラミック基板１４上には、金属回路１３側から順に半田シート２７、半導体素子１２が積層された状態となっている。
【００３０】
次に蓋体１９を閉じる。蓋体１９が閉じると、規制部材２８は、電気ヒータ２６の直下に位置する状態になる。
次に、ガス排出部２５を操作して容器１７内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部２４を操作して容器１７内に窒素を供給し、密閉空間Ｓ内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部２３を操作して容器１７内に水素を供給し、密閉空間Ｓ内を還元ガス雰囲気とする。
【００３１】
次に、電気ヒータ２６を作動させる。そして、回路基板１１の接合部上に載置された半田シート２７には、規制部材２８及び金属回路１３を介して熱が伝わり加熱され、溶融温度以上の温度になることにより溶融する。半田シート２７が溶融すると、溶融半田は表面積が小さくなる様に流動して半導体素子１２を持ち上げるように作用する。そして、溶融半田によって半導体素子１２が上方に持ち上げられると、図３に示すように、半導体素子１２の上方には押さえ部３０が位置しているため、半導体素子１２は、上面１２ｂが押さえ部３０の当接面３０ａと当接してその浮き上がりが規制される。そして、半田溶融時において、半導体素子１２の上面１２ｂが当接面３０ａと当接している間、半導体素子１２の高さ位置が維持されつつ半田は溶融する。その結果、半田がその溶融温度以下に冷却した状態では、半導体素子１２の外縁の直下付近における半田部分にフィレットが形成されることになり、半導体素子１２を金属回路１３に接合する半田の面積が広くなる。
【００３２】
そして、半田が完全に溶融した後、電気ヒータ２６の稼動を停止させる。なお、容器１７内（密閉空間Ｓ）の圧力は、半田付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。
【００３３】
そして、電気ヒータ２６の稼動を停止させた後、冷却用の熱媒供給部を操作して容器１７内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、容器１７内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、半田付け対象物（回路基板１１及び半導体素子１２）を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、金属回路１３と半導体素子１２とを接合する。この状態において、半田付けが終了し、半導体モジュール１０が完成する。そして、蓋体１９を本体１８から取り外し、規制部材２８を外した後に容器１７内から半導体モジュール１０を取り出す。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）回路基板１１上に設けられた接合部に半導体素子１２を半田付けする半田付け方法において、半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部材２８を半導体素子１２の上方に間隔を空けて配置する。そして、金属回路１３上で半田を溶融させるとともに、半導体素子１２の浮き上がりを半導体素子１２の上面１２ｂを当接面３０ａに当接させることで規制する。したがって、半田が凝固して半田付けが終了した後、半導体素子１２は、フィレットが形成された半田を介して回路基板１１に接合されるため、半導体素子１２の回路基板１１に対する接合強度が高められる。
【００３５】
（２）規制部材２８は、半田付け時に回路基板１１上に載置可能な一対の足部２９と、足部２９に支持される押さえ部３０とを備える。また、規制部材２８は、溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有する。したがって、規制部材２８を回路基板１１上に自立させることができるため、回路基板１１に対して半導体素子１２を接合する位置が変わっても、規制部材２８を変更後の接合位置に対応する位置で自立させれば押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させることができる。このため、半導体素子１２の回路基板１１に対する接合位置の変更に容易に対応することができる。
【００３６】
（３）半田シート２７は、半導体素子１２の接合面１２ａ（下面）よりも面積が大きく形成されている。したがって、溶融半田量が多いため、半田付け終了後の半田にフィレットが形成され易く、回路基板１１に対する半導体素子１２の接合強度を高めることができる。
【００３７】
（４）一対の足部２９は、それぞれその外縁の一部が金属回路１３の一辺と一致するように配置される。したがって、規制部材２８を回路基板１１上に載置する時の載置位置の目安にすることができる。
【００３８】
（５）電子機器の部品となる半導体モジュール１０の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け工程において前記の方法で半田付けを行っている。したがって、電子機器の製造方法において、前記各効果を得ることができる。
【００３９】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 規制部材２８が備える足部と押さえ部とを別体に構成してもよい。例えば、図４に示すように、足部３１を四角枠状に形成し、足部３１を回路基板１１上に載置する。その後、足部３１の内側で、回路基板１１上に半田シート２７、半導体素子１２の順に配置して、最後に、足部３１上に押さえ部３２を載置するようにしてもよい。この場合、足部３１だけを先に回路基板１１上に配置できるため、足部３１を目安にすることで回路基板１１上の目的の位置に半田シート２７、半導体素子１２を容易に配置することができる。
【００４０】
○ 半田シート２７の面積が半導体素子１２の接合面１２ａの面積よりも大きい場合、回路基板１１に対する半導体素子１２の位置を位置決めしてもよい。この場合、図５に示すように、押さえ部３０とは別体に構成されるとともに位置決め部を有する足部として、位置決め治具３３を用意する。位置決め治具３３は、その裏面に、半田シート２７が収容可能な凹部３４を備え、凹部３４の中央に半導体素子１２のサイズに応じた大きさで形成された位置決め用の孔３５を有する。なお、位置決め治具３３の下面３３ａ（接地面）から上面３３ｂ（非接地面）までの距離Ｔ３は、半田シート２７の厚みと半導体素子１２の厚みの和よりも大きくなっている。回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けを行う際には、回路基板１１上に半田シート２７を置き、凹部３４内に半田シート２７が収容されるように位置決め治具３３を置く。そして、孔３５内に半導体素子１２を配置する。その後、位置決め治具３３上に押さえ部３０を配置すれば、半導体素子１２が回路基板１１に対して位置決めされた状態で、押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させることができる。したがって、半導体素子１２を精度良く回路基板１１における所望の位置で接合させることができる。
【００４１】
○ 規制部材２８を回路基板１１の所定位置に位置決め位置決め可能な位置決め部を規制部材２８に設けてもよい。例えば、足部２９の接地面２９ａに金属回路１３の周縁部と係合可能な凹部を形成し、足部２９を載置する際に凹部が金属回路１３の周縁部と係合した状態でセラミック基板１４上に載置する。この場合、規制部材２８を回路基板１１の所望の位置に精度良く配置することができる。
【００４２】
○ 足部２９の数を変更してもよい。例えば、足部２９を３つ以上設けるようにしてもよい。また、足部２９を四角枠状ではなく、一つの足部２９から押さえ部３０を片持ち状態で半導体素子１２の上方に延び出る形状にしてもよい。
【００４３】
○ 規制部材２８は足部２９で自立する構成に限らない。例えば、蓋体１９に半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部（押さえ部３０）を支持する支持部材を設け、支持部材によって規制部が支持されるようにする。そして、蓋体１９を本体１８に取り付けた時に、規制部が所定の間隔を空けて半導体素子１２の上方に位置するように支持部材を構成すれば、規制部によって半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制することができる。なお、規制部材２８は、蓋体１９ではなく、本体１８に支持部材を介して支持してもよい。規制部材２８を支持部材で支持する構成では、規制部材２８の重量は、半田溶融時における半田の表面張力に打ち負けるような重量であってもよい。
【００４４】
○ 回路基板１１上に設けられるセラミック基板１４の数は１個に限らず複数であってもよい。また、回路基板１１上に設けられるセラミック基板１４の数が１個の場合、複数の回路基板１１を容器１７に収容して同時に半田付けをするようにしてもよい。
【００４５】
○ 半導体素子１２（チップ部品）は、例えば、トランジスタとダイオードでは一般に厚さが異なるため、規制部材２８として足部２９の長さが異なるものを準備しておき、半田付けすべきチップ部品に対応して最適な長さの足部２９を有する規制部材２８を使用するようにしてもよい。
【００４６】
○ 電気ヒータ２６によって発生させた熱で半田を溶融させる構成において、規制部材２８はステンレス製に限らず、他の金属に変更してもよい。例えば、規制部材２８を銅で形成してもよい。
【００４７】
○ 半導体素子１２の接合面の面積と同様の面積に形成された半田シート２７を用いて、半導体素子１２を回路基板１１に接合してもよい。この場合、押さえ部３０と半導体素子１２の上面１２ｂとの間の距離Ｔ１は、極力小さくした方が好ましい。
【００４８】
○ 半田は半田シート２７として金属回路１３の接合部と対応する箇所に配置する方法に限らず、半田ペーストを接合部と対応する箇所に塗布するようにしてもよい。
○ 半田を溶融温度以上に加熱する加熱方法を変更してもよい。例えば、誘導加熱によって半田を加熱してもよい。この場合、蓋体１９と対向する位置に高周波加熱コイルを配置し、高周波発生装置に電気的に接続し、規制部材２８を誘導加熱できる材料から構成する。このように構成すれば、規制部材２８は、自身の電気抵抗によって発熱し、金属回路１３を介して半田シート２７に熱が伝達され、半田シート２７は加熱される。
【００４９】
○ 回路基板１１は、セラミック基板１４が冷媒流路１５ａを有しないヒートシンク１５と一体化された構成や、ヒートシンク１５を有しない構成であってもよい。
○ 蓋体１９は、本体１８に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
【００５０】
○ 回路基板１１上に設けられた接合部（金属回路２３）に接合される電子部品は、接合部と対向する面全体が接合されるものに限らず、チップ抵抗やチップコンデンサ等のように電子部品の両端に端子を有し、各端子が異なる接合部に接合されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）はセラミック基板が１枚の半導体モジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は本実施形態の半田付け方法に用いる半田付け装置の概略縦断面図、（ｂ）は金属回路、足部等の関係を示す模式図。
【図３】半田付け時の状態を示す半田付け装置の概略縦断面図。
【図４】別実施形態における半田付け時の状態を示す模式断面図。
【図５】別実施形態における半田付け時の状態を示す模式断面図。
【図６】（ａ）は従来技術を示す模式断面図、（ｂ）は従来行われている半田付け方法を示す模式断面図、（ｃ）は従来の半田付け方法を実施した時の状態を示す模式断面図。
【符号の説明】
【００５２】
Ｈ…半田、ＨＫ…半田付け装置、Ｆ…フィレット、Ｔ２…間隔、１０…半導体モジュール、１１…回路基板、１２…チップ部品としての半導体素子、１２ａ…接合面、２７…半田シート、２８…規制部材、２９，３１…足部、３０…規制部としての押さえ部、３０ａ…当接面、３３…位置決め治具。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法及び電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板上に半導体素子や電子部品を実装する場合、回路基板と半導体素子等とを半田を介して接合する方法が一般的である。ところが、回路基板上に半導体素子等を半田付けする場合には、半導体素子等と回路基板との間に介在する半田の溶融時に、半導体素子等が溶融した半田の表面張力でその位置がずれたり、半導体素子等の接合面全体に半田が拡がらずに接合されたりする場合がある。
【０００３】
従来、半田付けされる電子部品の傾斜や浮き上がり等の位置ずれを有効に防止する半田付け部品の浮き防止治具が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この浮き防止治具は、図６（ａ）に示すように、プリント基板６０上に載置されたリレー６１を跨いでプリント基板６０上に載置可能とすべく、リレー６１におけるプリント基板６０上の高さに対応する深さの電子部品収容凹部６２を有する部品押さえ治具６３から構成されている。部品押さえ治具６３はその自重により、プリント基板６０上の載置位置で保持される。電子部品収容凹部６２は、プリント基板６０の載置面側に向かって漸次拡開するテーパ状に形成されている。そして、フローソルダ等の半田付け装置によって噴流される半田上を通過させることにより、プリント基板６０側の回路と各リード６４との半田付けがなされる。電子部品収容凹部６２の底面６２ａとリレー６１の上面６１ａとの間には０．１ｍｍ程度のクリアランスを有する構造とされている。
【特許文献１】特開２００２−２６１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６（ｂ）に示すように、回路基板７０上へチップ部品７１（半田付けする部品）を半田付けする際には、回路基板７０、半田７２、チップ部品７１の順に積層させる。そして、回路基板７０とチップ部品７１との間に介在する半田７２を溶融させることで半田付けする。ところが、半田の種類や、半田を溶融させる際の条件によっては、図６（ｃ）に示すように、半田７２が溶融する際に濡れ広がらずチップ部品７１が持ち上げられる（図６（ｃ）で矢視する。）とともに、半田７２がチップ部品７１と接触する面積がチップ部品の面積より小さくなる場合がある。この場合、チップ部品７１は、濡れ広がっていない状態の半田７２を介して半田付けされることになる。
【０００５】
特許文献１では、半田付けされる電子部品の傾斜や浮き上がり等の位置ずれを有効に防止する目的で部品押さえ治具６３を使用する。しかし、特許文献１の電子部品はリード６４を備えたリード部品であり、半田付けも噴流される半田上をプリント基板６０を透過させて行う方法に関してのみ記載されている。また、特許文献１に記載された発明の目的は、プリント基板６０の搬送中の振動や衝撃を主原因とした電子部品の傾斜や浮き上がりの防止である。そのため、電子部品とプリント基板６０との間に、半田が介在することはない。即ち、基板、半田、電子部品の順に積層させ、その後、その積層状態で半田を溶融させて半田付けを行う場合に発生する前記問題に関しては何ら配慮されていない。
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、回路基板上に設けられた接合部に、半田、チップ部品の順に積層させた状態で半田付けする際に、チップ部品の回路基板に対する接合強度を高めることができる半田付け方法及び電子機器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法であって、前記接合部の上に半田及びチップ部品をその順に積層配置した後、半田溶融時における前記チップ部品の浮き上がりを規制する規制部材を、前記チップ部品の上方に間隔を空けて配置し、その状態で前記半田を溶融させるとともに、半田溶融時に前記チップ部品の浮き上がりを前記規制部材で規制して半田付けすることを要旨とする。
【０００８】
この発明では、回路基板上に設けられた接合部上に半田を介してチップ部品が配置される。そして、規制部材がチップ部品の上方に位置するように配置された状態で半田が溶融される。溶融した半田は表面張力により球に近づく形状に成ろうとし、溶融した半田によってチップ部品が持ち上げられる。持ち上げられたチップ部品が、規制部材に当接すると、規制部材によってチップ部品の浮き上がりは規制される。したがって、チップ部品は、半田がチップ部品の接合面全面に接合した状態で、回路基板に接合されるため、チップ部品の回路基板に対する接合強度が高められる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記規制部材は、半田付け時に前記回路基板上に載置可能な足部と、前記足部に支持されるとともに、前記規制部材が前記回路基板上に載置された状態で、前記チップ部品の上方に隙間を有する状態で配置される規制部とを備え、かつ溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有するように構成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明では、規制部材を回路基板上に自立させた状態で押さえ部をチップ部品の上方に位置させることができる。したがって、回路基板に対して接合するチップ部品が同じであれば、回路基板に対する接合位置が変わっても、規制部材を変更後の接合位置に対応する位置で自立させれば規制部をチップ部品の上方に位置させることができる。このため、チップ部品の回路基板に対する接合位置の変更に容易に対応することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記足部は、前記規制部と別体に構成され、前記回路基板上に前記足部を載置した後、前記足部の内側に前記半田、前記チップ部品の順に積層し、その後、前記規制部を前記足部上に配置した状態で前記半田を溶融することを要旨とする。
【００１２】
足部と規制部とが一体である場合、足部を載置すると規制部によって回路基板における半田及びチップ部品の配置位置が覆われるため、半田及びチップ部品の配置を観察しながら規制部材と半田及びチップ部品との位置関係を調整するのが難しい。この発明では、先に足部だけを回路基板の接合部付近に載置し、その後、半田、チップ部品を配置することができる。したがって、半田、チップ部品を配置する際、足部を目安にすることで回路基板上の目的の位置に規制部材、半田、チップ部品を容易に配置することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記足部は前記チップ部品を前記回路基板に対して位置決め可能な位置決め部を有し、前記接合部上に前記チップ部品の接合面より大きな前記半田を配置した後、足部を前記回路基板上に載置し、その後、前記チップ部品を前記位置決め部によって位置決めされた状態で前記半田上に配置し、前記規制部を前記足部上に配置した後、前記半田を溶融することを要旨とする。
【００１４】
この発明では、回路基板上に半田を配置し、その後、チップ部品を配置する時には、位置決め部によって半田上の所定位置にチップ部品を位置決めすることができる。したがって、チップ部品を精度よく所望の位置に接合させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記半田は、前記チップ部品の接合面より大きいことを要旨とする。
半田の面積がチップ部品の接合面の面積以下の場合、チップ部品の浮き上がり量が小さく、半田付け終了後にフィレットが半田に形成されにくい。この発明では、溶融半田量が多いため、半田付け終了後の半田にフィレットが形成され易く、回路基板に対するチップ部品の接合強度を高めることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用する電子機器の製造方法である。この発明では、電子機器の製造方法において、対応する前記各請求項に記載の発明の作用、効果を奏する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回路基板上に設けられた接合部に、半田、チップ部品の順に積層させた状態で半田付けする際に、チップ部品の回路基板に対する接合強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を電子機器の部品となる半導体モジュールの製造方法の一工程である半導体素子の半田付け方法に具体化した実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、半導体モジュール１０は、回路基板１１と、回路基板１１上に半田付けにより接合されたチップ部品としての１個の半導体素子１２とを備えている。回路基板１１は、表面に金属回路１３を有する絶縁体としてのセラミック基板１４が金属製のヒートシンク１５と金属板１６を介して一体化された冷却回路基板（ヒートシンク付き基板）である。ヒートシンク１５は冷却媒体が流れる冷媒流路１５ａを備えている。ヒートシンク１５は、アルミニウム系金属や銅等で形成されている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金属板１６は、セラミック基板１４とヒートシンク１５とを接合する接合層として機能し、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。
【００１９】
金属回路１３は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板１４は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。半導体素子１２は、フィレットＦが形成された半田Ｈを介して金属回路１３に接合（半田付け）されている。即ち、金属回路１３は半導体素子１２を回路基板１１上に接合するための接合部を構成する。なお、図面の都合上、半導体モジュール１０の各部材の寸法比は、実際の半導体モジュールとは異なる寸法比で図示している。
【００２０】
次に半導体モジュールの製造方法を説明する。
図２（ａ）は、半田付け装置の構成を概略的に示している。図２（ａ）に示すように、半導体モジュール１０の製造に使用する半田付け装置ＨＫは、密閉可能な容器（チャンバ）１７を備え、当該容器１７は開口部１８ａを有する箱型の本体１８と、当該本体１８の開口部１８ａを開放及び閉鎖する蓋体１９とから構成されている。本体１８には、半導体モジュール１０を位置決めして支持する支持台２０が設置されている。また、本体１８には、蓋体１９の装着部位にパッキン２１が配設されている。
【００２１】
蓋体１９は、本体１８の開口部１８ａを閉鎖可能な大きさで形成されており、本体１８に蓋体１９を装着することにより容器１７内には密閉空間Ｓが形成されるようになっている。
【００２２】
また、本体１８には、容器１７内に還元性ガス（この実施形態では水素）を供給するための還元ガス供給部２３が接続されている。還元ガス供給部２３は、配管２３ａと、当該配管２３ａの開閉バルブ２３ｂと、水素タンク２３ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に不活性ガス（この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス供給部２４が接続されている。不活性ガス供給部２４は、配管２４ａと、当該配管２４ａの開閉バルブ２４ｂと、窒素タンク２４ｃとを備えている。また、本体１８には、容器１７内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部２５が接続されている。ガス排出部２５は、配管２５ａと、当該配管２５ａの開閉バルブ２５ｂと、真空ポンプ２５ｃとを備えている。半田付け装置ＨＫは、還元ガス供給部２３、不活性ガス供給部２４及びガス排出部２５を備えることにより、密閉空間Ｓ内の圧力を調整可能な構成とされており、密閉空間Ｓ内の圧力は、圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。
【００２３】
また、本体１８には、半田付け後の容器１７内に熱媒体（冷却用ガス）を供給するための供給手段としての熱媒供給部（図示せず）が接続されている。
半田付け装置ＨＫの内部（密閉空間Ｓ）には、加熱手段としての電気ヒータ２６が設置されている。電気ヒータ２６は、図示しない電源供給装置と電気的に接続されるとともに、電源供給装置から電気が供給されると電気ヒータ２６が稼動するようになっている。
【００２４】
次に、半導体モジュール１０を製造する際に用いられる半田シート２７、半導体素子１２及び規制部材２８について説明する。
半導体素子１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）やダイオードが用いられている。図２（ａ）に示すように、半田シート２７は半導体素子１２の接合面１２ａ（下面）よりも大きいものが使用される。半田シート２７は、Ｓｎ（錫）−Ｃｕ（銅）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｐ（リン）系の鉛フリー半田からなる。
【００２５】
規制部材２８は、コ字状に形成されるとともに半導体素子１２の上部を覆うことが可能に構成されている。規制部材２８は、平面視矩形状であるとともに、半田シート２７が溶融した時に生じる表面張力よりも大きい重力が作用する重量を有している。この実施形態では、規制部材２８は、ステンレスからなっている。また、規制部材２８は、図２（ａ）の上下方向に延びる一対の足部２９と、一対の足部２９に跨るように形成された規制部としての押さえ部３０とを備えている。
【００２６】
一対の足部２９は、規制部材２８を回路基板１１に対して自立可能に構成する。足部２９は、その下面がそれぞれ金属回路１３に当接する接地面２９ａとして構成されるとともに、互いの長さが同じとなるように形成されている。足部２９の長さは、半田シート２７及び半導体素子１２が積層されている状態で、押さえ部３０が半導体素子１２と接触しない長さに設定されている。すなわち、足部２９の長さは、半田シート２７及び半導体素子１２を積層した状態において、半田シート２７の最下部（接合面）から半導体素子１２の最上部（上面１２ｂ）までの距離Ｔ１より長く設定されている。したがって、半導体素子１２の上面１２ｂと押さえ部３０との間には、所定の間隔Ｔ２が存在しており、この間隔Ｔ２は、距離Ｔ１の１０分の１以内に設定される。足部２９は、断面長方形状であるとともに、長辺の長さが半導体素子１２及び半田シート２７の一辺より長くなっている。一対の足部２９は、互いに対向するとともに、一対の足部２９の間に半田シート２７及び半導体素子１２が位置するように規制部材２８を回路基板１１上に載置できるように形成されている。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、押さえ部３０は、平板状に形成されるとともに、半田溶融時に浮き上がった半導体素子１２の上面１２ｂと当接可能な当接面３０ａを有する。当接面３０ａは、平滑面であるとともに、規制部材２８が回路基板１１上に載置された状態において半導体素子１２の上面１２ｂ（非接合面）と平行となる面に形成されている。そして、当接面３０ａは、半導体素子１２が浮き上がった場合に半導体素子１２の上面１２ｂ全体を押さえることができるように、その面積が半導体素子１２の上面１２ｂより大きく形成されている。
【００２８】
次に、前記半田付け装置ＨＫを用いて回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けを行う方法について説明する。なお、半田付け装置ＨＫを用いて半田付けを行うのに先立って、金属回路１３を有するセラミック基板１４をヒートシンク１５と一体化した回路基板１１を予め作製しておく。
【００２９】
半田付けを行う際には、最初に、本体１８から蓋体１９を外し、開口部１８ａを開放する。そして、図２（ａ）に示すように本体１８の支持台２０上に回路基板１１を置き位置決めする。次に、金属回路１３上に、半田シート２７、半導体素子１２を順番に載置する。この時、図２（ｂ）に示すように、半田シート２７と、半導体素子１２とを、各自の中央位置がセラミック基板１４の中央位置と一致するように配置する。次に規制部材２８を金属回路１３上に載置する。規制部材２８は、両足部２９の外縁の一部が金属回路１３の一辺と一致するように配置され、規制部材２８は、回路基板１１上で自立した状態となる。規制部材２８が回路基板１１上で自立している時、押さえ部３０は所定の間隔Ｔ２を空けて半導体素子１２より上方に位置する状態に保持される。この状態において、セラミック基板１４上には、金属回路１３側から順に半田シート２７、半導体素子１２が積層された状態となっている。
【００３０】
次に蓋体１９を閉じる。蓋体１９が閉じると、規制部材２８は、電気ヒータ２６の直下に位置する状態になる。
次に、ガス排出部２５を操作して容器１７内を真空引きするとともに、不活性ガス供給部２４を操作して容器１７内に窒素を供給し、密閉空間Ｓ内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給を数回繰り返した後、還元ガス供給部２３を操作して容器１７内に水素を供給し、密閉空間Ｓ内を還元ガス雰囲気とする。
【００３１】
次に、電気ヒータ２６を作動させる。そして、回路基板１１の接合部上に載置された半田シート２７には、規制部材２８及び金属回路１３を介して熱が伝わり加熱され、溶融温度以上の温度になることにより溶融する。半田シート２７が溶融すると、溶融半田は表面積が小さくなる様に流動して半導体素子１２を持ち上げるように作用する。そして、溶融半田によって半導体素子１２が上方に持ち上げられると、図３に示すように、半導体素子１２の上方には押さえ部３０が位置しているため、半導体素子１２は、上面１２ｂが押さえ部３０の当接面３０ａと当接してその浮き上がりが規制される。そして、半田溶融時において、半導体素子１２の上面１２ｂが当接面３０ａと当接している間、半導体素子１２の高さ位置が維持されつつ半田は溶融する。その結果、半田がその溶融温度以下に冷却した状態では、半導体素子１２の外縁の直下付近における半田部分にフィレットが形成されることになり、半導体素子１２を金属回路１３に接合する半田の面積が広くなる。
【００３２】
そして、半田が完全に溶融した後、電気ヒータ２６の稼動を停止させる。なお、容器１７内（密閉空間Ｓ）の圧力は、半田付け作業の進行状況に合わせて加圧及び減圧され、雰囲気調整が行われる。
【００３３】
そして、電気ヒータ２６の稼動を停止させた後、冷却用の熱媒供給部を操作して容器１７内に冷却用ガスを供給する。冷却用ガスは、ヒートシンク１５の冷媒流路１５ａの入口又は出口に向かって吹き込まれるとともに、容器１７内に供給された冷却用ガスは、冷媒流路１５ａ及びヒートシンク１５の周囲を流れて、半田付け対象物（回路基板１１及び半導体素子１２）を冷却する。この結果、溶融した半田は、溶融温度未満に冷却されることによって凝固し、金属回路１３と半導体素子１２とを接合する。この状態において、半田付けが終了し、半導体モジュール１０が完成する。そして、蓋体１９を本体１８から取り外し、規制部材２８を外した後に容器１７内から半導体モジュール１０を取り出す。
【００３４】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）回路基板１１上に設けられた接合部に半導体素子１２を半田付けする半田付け方法において、半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部材２８を半導体素子１２の上方に間隔を空けて配置する。そして、金属回路１３上で半田を溶融させるとともに、半導体素子１２の浮き上がりを半導体素子１２の上面１２ｂを当接面３０ａに当接させることで規制する。したがって、半田が凝固して半田付けが終了した後、半導体素子１２は、フィレットが形成された半田を介して回路基板１１に接合されるため、半導体素子１２の回路基板１１に対する接合強度が高められる。
【００３５】
（２）規制部材２８は、半田付け時に回路基板１１上に載置可能な一対の足部２９と、足部２９に支持される押さえ部３０とを備える。また、規制部材２８は、溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有する。したがって、規制部材２８を回路基板１１上に自立させることができるため、回路基板１１に対して半導体素子１２を接合する位置が変わっても、規制部材２８を変更後の接合位置に対応する位置で自立させれば押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させることができる。このため、半導体素子１２の回路基板１１に対する接合位置の変更に容易に対応することができる。
【００３６】
（３）半田シート２７は、半導体素子１２の接合面１２ａ（下面）よりも面積が大きく形成されている。したがって、溶融半田量が多いため、半田付け終了後の半田にフィレットが形成され易く、回路基板１１に対する半導体素子１２の接合強度を高めることができる。
【００３７】
（４）一対の足部２９は、それぞれその外縁の一部が金属回路１３の一辺と一致するように配置される。したがって、規制部材２８を回路基板１１上に載置する時の載置位置の目安にすることができる。
【００３８】
（５）電子機器の部品となる半導体モジュール１０の製造方法の一工程である半導体素子１２の半田付け工程において前記の方法で半田付けを行っている。したがって、電子機器の製造方法において、前記各効果を得ることができる。
【００３９】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 規制部材２８が備える足部と押さえ部とを別体に構成してもよい。例えば、図４に示すように、足部３１を四角枠状に形成し、足部３１を回路基板１１上に載置する。その後、足部３１の内側で、回路基板１１上に半田シート２７、半導体素子１２の順に配置して、最後に、足部３１上に押さえ部３２を載置するようにしてもよい。この場合、足部３１だけを先に回路基板１１上に配置できるため、足部３１を目安にすることで回路基板１１上の目的の位置に半田シート２７、半導体素子１２を容易に配置することができる。
【００４０】
○ 半田シート２７の面積が半導体素子１２の接合面１２ａの面積よりも大きい場合、回路基板１１に対する半導体素子１２の位置を位置決めしてもよい。この場合、図５に示すように、押さえ部３０とは別体に構成されるとともに位置決め部を有する足部として、位置決め治具３３を用意する。位置決め治具３３は、その裏面に、半田シート２７が収容可能な凹部３４を備え、凹部３４の中央に半導体素子１２のサイズに応じた大きさで形成された位置決め用の孔３５を有する。なお、位置決め治具３３の下面３３ａ（接地面）から上面３３ｂ（非接地面）までの距離Ｔ３は、半田シート２７の厚みと半導体素子１２の厚みの和よりも大きくなっている。回路基板１１に対する半導体素子１２の半田付けを行う際には、回路基板１１上に半田シート２７を置き、凹部３４内に半田シート２７が収容されるように位置決め治具３３を置く。そして、孔３５内に半導体素子１２を配置する。その後、位置決め治具３３上に押さえ部３０を配置すれば、半導体素子１２が回路基板１１に対して位置決めされた状態で、押さえ部３０を半導体素子１２の上方に位置させることができる。したがって、半導体素子１２を精度良く回路基板１１における所望の位置で接合させることができる。
【００４１】
○ 規制部材２８を回路基板１１の所定位置に位置決め位置決め可能な位置決め部を規制部材２８に設けてもよい。例えば、足部２９の接地面２９ａに金属回路１３の周縁部と係合可能な凹部を形成し、足部２９を載置する際に凹部が金属回路１３の周縁部と係合した状態でセラミック基板１４上に載置する。この場合、規制部材２８を回路基板１１の所望の位置に精度良く配置することができる。
【００４２】
○ 足部２９の数を変更してもよい。例えば、足部２９を３つ以上設けるようにしてもよい。また、足部２９を四角枠状ではなく、一つの足部２９から押さえ部３０を片持ち状態で半導体素子１２の上方に延び出る形状にしてもよい。
【００４３】
○ 規制部材２８は足部２９で自立する構成に限らない。例えば、蓋体１９に半導体素子１２の浮き上がりを規制する規制部（押さえ部３０）を支持する支持部材を設け、支持部材によって規制部が支持されるようにする。そして、蓋体１９を本体１８に取り付けた時に、規制部が所定の間隔を空けて半導体素子１２の上方に位置するように支持部材を構成すれば、規制部によって半田溶融時の半導体素子１２の浮き上がりを規制することができる。なお、規制部材２８は、蓋体１９ではなく、本体１８に支持部材を介して支持してもよい。規制部材２８を支持部材で支持する構成では、規制部材２８の重量は、半田溶融時における半田の表面張力に打ち負けるような重量であってもよい。
【００４４】
○ 回路基板１１上に設けられるセラミック基板１４の数は１個に限らず複数であってもよい。また、回路基板１１上に設けられるセラミック基板１４の数が１個の場合、複数の回路基板１１を容器１７に収容して同時に半田付けをするようにしてもよい。
【００４５】
○ 半導体素子１２（チップ部品）は、例えば、トランジスタとダイオードでは一般に厚さが異なるため、規制部材２８として足部２９の長さが異なるものを準備しておき、半田付けすべきチップ部品に対応して最適な長さの足部２９を有する規制部材２８を使用するようにしてもよい。
【００４６】
○ 電気ヒータ２６によって発生させた熱で半田を溶融させる構成において、規制部材２８はステンレス製に限らず、他の金属に変更してもよい。例えば、規制部材２８を銅で形成してもよい。
【００４７】
○ 半導体素子１２の接合面の面積と同様の面積に形成された半田シート２７を用いて、半導体素子１２を回路基板１１に接合してもよい。この場合、押さえ部３０と半導体素子１２の上面１２ｂとの間の距離Ｔ１は、極力小さくした方が好ましい。
【００４８】
○ 半田は半田シート２７として金属回路１３の接合部と対応する箇所に配置する方法に限らず、半田ペーストを接合部と対応する箇所に塗布するようにしてもよい。
○ 半田を溶融温度以上に加熱する加熱方法を変更してもよい。例えば、誘導加熱によって半田を加熱してもよい。この場合、蓋体１９と対向する位置に高周波加熱コイルを配置し、高周波発生装置に電気的に接続し、規制部材２８を誘導加熱できる材料から構成する。このように構成すれば、規制部材２８は、自身の電気抵抗によって発熱し、金属回路１３を介して半田シート２７に熱が伝達され、半田シート２７は加熱される。
【００４９】
○ 回路基板１１は、セラミック基板１４が冷媒流路１５ａを有しないヒートシンク１５と一体化された構成や、ヒートシンク１５を有しない構成であってもよい。
○ 蓋体１９は、本体１８に対して取り外し不能な構成、例えば、開閉式でもよい。
【００５０】
○ 回路基板１１上に設けられた接合部（金属回路２３）に接合される電子部品は、接合部と対向する面全体が接合されるものに限らず、チップ抵抗やチップコンデンサ等のように電子部品の両端に端子を有し、各端子が異なる接合部に接合されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）はセラミック基板が１枚の半導体モジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は本実施形態の半田付け方法に用いる半田付け装置の概略縦断面図、（ｂ）は金属回路、足部等の関係を示す模式図。
【図３】半田付け時の状態を示す半田付け装置の概略縦断面図。
【図４】別実施形態における半田付け時の状態を示す模式断面図。
【図５】別実施形態における半田付け時の状態を示す模式断面図。
【図６】（ａ）は従来技術を示す模式断面図、（ｂ）は従来行われている半田付け方法を示す模式断面図、（ｃ）は従来の半田付け方法を実施した時の状態を示す模式断面図。
【符号の説明】
【００５２】
Ｈ…半田、ＨＫ…半田付け装置、Ｆ…フィレット、Ｔ２…間隔、１０…半導体モジュール、１１…回路基板、１２…チップ部品としての半導体素子、１２ａ…接合面、２７…半田シート、２８…規制部材、２９，３１…足部、３０…規制部としての押さえ部、３０ａ…当接面、３３…位置決め治具。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法であって、
前記接合部の上に半田及びチップ部品をその順に積層配置した後、半田溶融時における前記チップ部品の浮き上がりを規制する規制部材を、前記チップ部品の上方に間隔を空けて配置し、その状態で前記半田を溶融させるとともに、半田溶融時に前記チップ部品の浮き上がりを前記規制部材で規制して半田付けすることを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
前記規制部材は、半田付け時に前記回路基板上に載置可能な足部と、前記足部に支持されるとともに、前記規制部材が前記回路基板上に載置された状態で、前記チップ部品の上方に隙間を有する状態で配置される規制部とを備え、かつ溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有するように構成されている請求項１に記載の半田付け方法。
【請求項３】
前記足部は、前記規制部と別体に構成され、前記回路基板上に前記足部を載置した後、前記足部の内側に前記半田、前記チップ部品の順に積層し、その後、前記規制部を前記足部上に配置した状態で前記半田を溶融する請求項２に記載の半田付け方法。
【請求項４】
前記足部は前記チップ部品を前記回路基板に対して位置決め可能な位置決め部を有し、前記接合部上に前記チップ部品の接合面より大きな前記半田を配置した後、前記足部を前記回路基板上に載置し、その後、前記チップ部品を前記位置決め部によって位置決めされた状態で前記半田上に配置し、前記規制部を前記足部上に配置した後、前記半田を溶融する請求項３に記載の半田付け方法。
【請求項５】
前記半田は、前記チップ部品の接合面より大きい請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半田付け方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用することを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項１】
回路基板上に設けられた接合部にチップ部品を半田付けする半田付け方法であって、
前記接合部の上に半田及びチップ部品をその順に積層配置した後、半田溶融時における前記チップ部品の浮き上がりを規制する規制部材を、前記チップ部品の上方に間隔を空けて配置し、その状態で前記半田を溶融させるとともに、半田溶融時に前記チップ部品の浮き上がりを前記規制部材で規制して半田付けすることを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
前記規制部材は、半田付け時に前記回路基板上に載置可能な足部と、前記足部に支持されるとともに、前記規制部材が前記回路基板上に載置された状態で、前記チップ部品の上方に隙間を有する状態で配置される規制部とを備え、かつ溶融した半田の表面張力に打ち勝つことが可能な重量を有するように構成されている請求項１に記載の半田付け方法。
【請求項３】
前記足部は、前記規制部と別体に構成され、前記回路基板上に前記足部を載置した後、前記足部の内側に前記半田、前記チップ部品の順に積層し、その後、前記規制部を前記足部上に配置した状態で前記半田を溶融する請求項２に記載の半田付け方法。
【請求項４】
前記足部は前記チップ部品を前記回路基板に対して位置決め可能な位置決め部を有し、前記接合部上に前記チップ部品の接合面より大きな前記半田を配置した後、前記足部を前記回路基板上に載置し、その後、前記チップ部品を前記位置決め部によって位置決めされた状態で前記半田上に配置し、前記規制部を前記足部上に配置した後、前記半田を溶融する請求項３に記載の半田付け方法。
【請求項５】
前記半田は、前記チップ部品の接合面より大きい請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半田付け方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の半田付け方法を半田付け工程に使用することを特徴とする電子機器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１４７５１８（Ｐ２００８−１４７５１８Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４７５１（Ｐ２００６−３３４７５１）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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